[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/turboexpander-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/turboexpander-wikipedia\/","headline":"Turboexpander – Wikipedia","name":"Turboexpander – Wikipedia","description":"before-content-x4 Schematische Darstellung eines Turboexpanders, der einen Kompressor antreibt EIN Turboexpander, auch als bezeichnet Turbo-Expander oder ein Expansionsturbineist eine Zentrifugal-","datePublished":"2020-12-31","dateModified":"2020-12-31","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/6\/68\/ExpansionTurbine.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/6\/68\/ExpansionTurbine.png","height":"179","width":"272"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/turboexpander-wikipedia\/","wordCount":3918,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4  Schematische Darstellung eines Turboexpanders, der einen Kompressor antreibtEIN Turboexpander, auch als bezeichnet Turbo-Expander oder ein Expansionsturbineist eine Zentrifugal- oder Axialturbine, durch die ein Hochdruckgas expandiert wird, um Arbeit zu erzeugen, die h\u00e4ufig zum Antrieb eines Kompressors oder Generators verwendet wird.[1][2][3]  Da dem expandierenden Hochdruckgas Arbeit entzogen wird, wird die Expansion durch einen isentropischen Prozess (dh einen Prozess mit konstanter Entropie) angen\u00e4hert, und das Niederdruckabgas aus der Turbine hat eine sehr niedrige Temperatur von \u2013150 \u00b0 C oder weniger, abh\u00e4ngig vom Betriebsdruck und den Gaseigenschaften.  Eine teilweise Verfl\u00fcssigung des expandierten Gases ist nicht ungew\u00f6hnlich.Turboexpander werden h\u00e4ufig als K\u00fchlquellen in industriellen Prozessen wie der Extraktion von Ethan und Erdgasfl\u00fcssigkeiten (NGLs) aus Erdgas verwendet.[4]  die Verfl\u00fcssigung von Gasen (wie Sauerstoff, Stickstoff, Helium, Argon und Krypton)[5][6]  und andere Niedertemperaturprozesse.  Derzeit in Betrieb befindliche Turboexpander haben eine Gr\u00f6\u00dfe von etwa 750 W bis etwa 7,5 MW (1 PS bis etwa 10.000 PS).Table of ContentsAnwendungen[edit][edit]Energieerzeugung[edit]K\u00fchlsystem[edit]Energier\u00fcckgewinnung in einem fl\u00fcssigen katalytischen Cracker[edit]Geschichte[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Anwendungen[edit]Obwohl Turboexpander \u00fcblicherweise in Niedertemperaturprozessen verwendet werden, werden sie in vielen anderen Anwendungen verwendet.  In diesem Abschnitt werden einer der Niedertemperaturprozesse sowie einige andere Anwendungen erl\u00e4utert.[edit]    Ein schematisches Diagramm eines Demethanisierers, der Kohlenwasserstofffl\u00fcssigkeiten aus Erdgas extrahiertRohes Erdgas besteht haupts\u00e4chlich aus Methan (CH4), das k\u00fcrzeste und leichteste Kohlenwasserstoffmolek\u00fcl, zusammen mit verschiedenen Mengen schwererer Kohlenwasserstoffgase wie Ethan (C.2H.6), Propan (C.3H.8), normales Butan (n-C4H.10), Isobutan (ich-C4H.10), Pentane und noch h\u00f6hermolekulare Kohlenwasserstoffe.  Das Rohgas enth\u00e4lt auch verschiedene Mengen an sauren Gasen wie Kohlendioxid (CO)2), Schwefelwasserstoff (H.2S) und Mercaptane wie Methanthiol (CH3SH) und Ethanthiol (C.2H.5SCH).Bei der Verarbeitung zu fertigen Nebenprodukten (siehe Erdgasverarbeitung) werden diese schwereren Kohlenwasserstoffe gemeinsam als NGL (Erdgasfl\u00fcssigkeiten) bezeichnet.  Die Extraktion des NGL beinhaltet h\u00e4ufig einen Turboexpander[7]  und eine Niedertemperatur-Destillationskolonne (genannt a Demethanisierer) wie in der Abbildung gezeigt.  Das Einlassgas zum Demethanisator wird zuerst in einem W\u00e4rmetauscher (als a bezeichnet) auf etwa \u201351 \u00b0 C abgek\u00fchlt kalte Box), die das Einlassgas teilweise kondensiert.  Das resultierende Gas-Fl\u00fcssigkeits-Gemisch wird dann in einen Gasstrom und einen Fl\u00fcssigkeitsstrom getrennt.Der Fl\u00fcssigkeitsstrom aus dem Gas-Fl\u00fcssigkeits-Abscheider flie\u00dft durch ein Ventil und durchl\u00e4uft a Drosselung Expansion von einem absoluten Druck von 62 bar auf 21 bar (6,2 bis 2,1 MPa), was ein isenthalpischer Prozess (dh ein Prozess mit konstanter Enthalpie) ist, der dazu f\u00fchrt, dass die Temperatur des Stroms von ungef\u00e4hr \u201351 \u00b0 C auf ungef\u00e4hr \u201381 gesenkt wird \u00b0 C, wenn der Strom in den Demethanisierer eintritt.Der Gasstrom aus dem Gas-Fl\u00fcssigkeits-Abscheider tritt in den Turboexpander ein, wo er eine isentrope Expansion von einem absoluten Druck von 62 bar auf 21 bar (6,2 bis 2,1 MPa) erf\u00e4hrt, die die Gasstromtemperatur von etwa \u201351 \u00b0 C auf etwa \u201351 \u00b0 C senkt. 91 \u00b0 C beim Eintritt in den Demethanisator, um als Destillationsr\u00fcckfluss zu dienen.Fl\u00fcssigkeit aus der oberen Schale des Demethanisierers (bei etwa \u201390 \u00b0 C) wird durch die K\u00fchlbox geleitet, wo sie beim Abk\u00fchlen des Einlassgases auf etwa 0 \u00b0 C erw\u00e4rmt wird, und wird dann in den unteren Abschnitt des Demethanisierers zur\u00fcckgef\u00fchrt .  Ein weiterer Fl\u00fcssigkeitsstrom aus dem unteren Teil des Demethanisierers (bei etwa 2 \u00b0 C) wird durch die K\u00fchlbox geleitet und bei etwa 12 \u00b0 C zum Demethanisierer zur\u00fcckgef\u00fchrt.  Tats\u00e4chlich liefert das Einlassgas die W\u00e4rme, die erforderlich ist, um den Boden des Demethanisierers “aufzukochen”, und der Turboexpander entzieht die W\u00e4rme, die erforderlich ist, um einen R\u00fcckfluss in der Oberseite des Demethanisierers bereitzustellen.Das \u00dcberkopfgasprodukt aus dem Demethanisierer bei etwa \u201390 \u00b0 C ist verarbeitetes Erdgas, das von geeigneter Qualit\u00e4t f\u00fcr die Verteilung an Endverbraucher per Pipeline ist.  Es wird durch die K\u00fchlbox geleitet, wo es beim Abk\u00fchlen des Einlassgases erw\u00e4rmt wird.  Es wird dann in dem vom Turboexpander angetriebenen Gaskompressor komprimiert und in einem von einem Elektromotor angetriebenen Gaskompressor der zweiten Stufe weiter komprimiert, bevor es in die Verteilungsleitung eintritt.Das Bodenprodukt des Demethanisierers wird ebenfalls in der K\u00fchlbox erw\u00e4rmt, da es das Einlassgas abk\u00fchlt, bevor es als NGL das System verl\u00e4sst.Die Betriebsbedingungen eines Offshore-Gaskonditionierungsturboexpanders \/ -rekompressors sind wie folgt[8]::Turbo-ExpanderRekompressorEinlassAuslaufEinlassAuslaufTemperatur \u00b0 C.11.0\u201313,022.040.0Druckbarg75,039.3138,6247.24Durchfluss kg \/ h2772820658Molekulargewicht22.0820.74Energie gewonnen \/ verbraucht kW345345Energieerzeugung[edit]  Schematische Darstellung eines Stromerzeugungssystems mit einem TurboexpanderDie Abbildung zeigt ein Stromerzeugungssystem, das eine W\u00e4rmequelle, ein K\u00fchlmedium (Luft, Wasser oder anderes), ein zirkulierendes Arbeitsmedium und einen Turboexpander verwendet.  Das System kann eine Vielzahl von W\u00e4rmequellen aufnehmen, z.Das zirkulierende Arbeitsfluid (normalerweise eine organische Verbindung wie R-134a) wird auf einen hohen Druck gepumpt und dann im Verdampfer durch W\u00e4rmeaustausch mit der verf\u00fcgbaren W\u00e4rmequelle verdampft.  Der entstehende Hochdruckdampf str\u00f6mt zum Turboexpander, wo er sich isentrop ausdehnt und als Dampf-Fl\u00fcssigkeits-Gemisch austritt, das dann durch W\u00e4rmeaustausch mit dem verf\u00fcgbaren K\u00fchlmedium zu einer Fl\u00fcssigkeit kondensiert.  Die kondensierte Fl\u00fcssigkeit wird zum Verdampfer zur\u00fcckgepumpt, um den Zyklus abzuschlie\u00dfen.Das System in der Abbildung implementiert einen Rankine-Zyklus, wie er in Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen verwendet wird, in denen Wasser das Arbeitsmedium ist und die W\u00e4rmequelle aus der Verbrennung von Erdgas, Heiz\u00f6l oder Kohle zur Erzeugung von Hochdruckdampf stammt .  Der Hochdruckdampf erf\u00e4hrt dann eine isentrope Expansion in einer herk\u00f6mmlichen Dampfturbine.  Der Abgasdampf der Dampfturbine wird als n\u00e4chstes zu fl\u00fcssigem Wasser kondensiert, das dann zum Dampferzeuger zur\u00fcckgepumpt wird, um den Zyklus abzuschlie\u00dfen.Wenn ein organisches Arbeitsfluid wie R-134a im Rankine-Zyklus verwendet wird, wird der Zyklus manchmal als organischer Rankine-Zyklus (ORC) bezeichnet.[9][10][11]K\u00fchlsystem[edit]  Schematische Darstellung einer K\u00e4lteanlage mit Turboexpander, Kompressor und MotorEin K\u00fchlsystem verwendet einen Kompressor, einen Turboexpander und einen Elektromotor.Abh\u00e4ngig von den Betriebsbedingungen reduziert der Turboexpander die Belastung des Elektromotors um 6\u201315% im Vergleich zu einem herk\u00f6mmlichen Dampfkompressionsk\u00e4ltesystem, das a verwendet Drosselung Expansion  Ventil statt Turboexpander.[12]  Grunds\u00e4tzlich kann dies als eine Form der Turbo-Compoundierung angesehen werden.Das System verwendet ein Hochdruckk\u00e4ltemittel (dh eines mit einem niedrigen normalen Siedepunkt) wie:[12]Wie in der Abbildung gezeigt, wird K\u00e4ltemitteldampf auf einen h\u00f6heren Druck komprimiert, was ebenfalls zu einer h\u00f6heren Temperatur f\u00fchrt.  Der hei\u00dfe, komprimierte Dampf wird dann zu einer Fl\u00fcssigkeit kondensiert.  Im Kondensator wird W\u00e4rme aus dem zirkulierenden K\u00e4ltemittel ausgesto\u00dfen und von dem im Kondensator verwendeten K\u00fchlmedium (Luft, Wasser usw.) abgef\u00fchrt.Die K\u00e4ltemittelfl\u00fcssigkeit flie\u00dft durch den Turboexpander, wo sie verdampft wird, und der Dampf erf\u00e4hrt eine isentrope Expansion, die zu einem Niedertemperaturgemisch aus Dampf und Fl\u00fcssigkeit f\u00fchrt.  Das Dampf-Fl\u00fcssigkeits-Gemisch wird dann durch den Verdampfer geleitet, wo es durch die vom gek\u00fchlten Raum absorbierte W\u00e4rme verdampft wird.  Das verdampfte K\u00e4ltemittel flie\u00dft zum Kompressoreinlass, um den Zyklus abzuschlie\u00dfen.Energier\u00fcckgewinnung in einem fl\u00fcssigen katalytischen Cracker[edit]  Ein schematisches Diagramm des Energier\u00fcckgewinnungssystems in einer fluiden katalytischen CrackanlageDas Verbrennungsabgas aus dem Katalysatorregenerator eines fl\u00fcssigen katalytischen Crackers hat eine Temperatur von etwa 715\u00baC und einen Druck von etwa 2,4 bar (240 kPa).  Seine gasf\u00f6rmigen Bestandteile sind haupts\u00e4chlich Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO)2) und Stickstoff (N.2).  Obwohl das Rauchgas zwei Zyklonstufen (innerhalb des Regenerators) durchlaufen hat, um mitgerissene Katalysatorfeinstoffe zu entfernen, enth\u00e4lt es immer noch einige restliche Katalysatorfeinstoffe.Die Abbildung zeigt, wie Energie zur\u00fcckgewonnen und genutzt wird, indem das Regeneratorabgas durch einen Turboexpander geleitet wird.  Nachdem das Rauchgas den Regenerator verlassen hat, wird es durch einen sekund\u00e4ren Katalysatorabscheider geleitet, der enth\u00e4lt Wirbelrohre entwickelt, um 70\u201390% der restlichen Katalysatorfeinstoffe zu entfernen.[13]  Dies ist erforderlich, um Erosionssch\u00e4den am Turboexpander zu vermeiden.Wie in der Abbildung gezeigt, liefert die Expansion des Rauchgases durch einen Turboexpander ausreichend Leistung, um den Verbrennungsluftkompressor des Regenerators anzutreiben.  Der Elektromotor-Generator im Energier\u00fcckgewinnungssystem kann elektrischen Strom verbrauchen oder erzeugen.  Wenn die Ausdehnung des Rauchgases nicht gen\u00fcgend Leistung liefert, um den Luftkompressor anzutreiben, liefert der Elektromotor-Generator die erforderliche zus\u00e4tzliche Leistung.  Wenn die Rauchgasexpansion mehr Leistung liefert als zum Antrieb des Luftkompressors erforderlich ist, wandelt der Elektromotor-Generator die \u00fcbersch\u00fcssige Leistung in elektrischen Strom um und exportiert sie in das elektrische System der Raffinerie.[14]  Die Dampfturbine wird verwendet, um den Verbrennungsluftkompressor des Regenerators w\u00e4hrend des Starts des katalytischen Fluidcrackers anzutreiben, bis gen\u00fcgend Verbrennungsabgas vorhanden ist, um diese Aufgabe zu \u00fcbernehmen.Das expandierte Rauchgas wird dann durch einen Dampferzeugungskessel (bezeichnet als a) geleitet CO-Kessel), wo das Kohlenmonoxid im Rauchgas als Brennstoff verbrannt wird, um Dampf zur Verwendung in der Raffinerie bereitzustellen.[14]Das Rauchgas aus dem CO-Kessel wird durch einen Elektrofilter (ESP) aufbereitet, um Partikelr\u00fcckst\u00e4nde zu entfernen.  Das ESP entfernt Partikel im Gr\u00f6\u00dfenbereich von 2 bis 20 Mikrometern aus dem Rauchgas.[14]Geschichte[edit]Die m\u00f6gliche Verwendung einer Expansionsmaschine zur isentropischen Erzeugung niedriger Temperaturen wurde 1857 von Carl Wilhelm Siemens (Siemens-Zyklus), einem deutschen Ingenieur, vorgeschlagen. Etwa drei Jahrzehnte sp\u00e4ter, 1885, versuchte der Belgier Ernest Solvay, eine Hubkolbenexpandermaschine zu verwenden konnte aufgrund von Problemen mit der Schmierung der Maschine bei solchen Temperaturen keine Temperaturen unter \u201398 \u00b0 C erreichen.[2]Im Jahr 1902 setzte Georges Claude, ein franz\u00f6sischer Ingenieur, erfolgreich eine Hubkolbenexpansionsmaschine ein, um Luft zu verfl\u00fcssigen.  Er verwendete eine entfettete, verbrannte Lederpackung als Kolbendichtung ohne Schmierung.  Mit einem Luftdruck von nur 40 bar (4 MPa) erreichte Claude eine nahezu isentrope Ausdehnung, was zu einer niedrigeren Temperatur als bisher m\u00f6glich f\u00fchrte.[2]Die ersten Turboexpander scheinen um 1934 oder 1935 von Guido Zerkowitz, einem italienischen Ingenieur der deutschen Firma Linde AG, entworfen worden zu sein.[15][16]1939 perfektionierte der russische Physiker Pjotr \u200b\u200bKapitsa das Design von zentrifugalen Turboexpandern.  Sein erster praktischer Prototyp bestand aus Monel-Metall, hatte einen Au\u00dfendurchmesser von nur 8 cm, arbeitete mit 40.000 Umdrehungen pro Minute und expandierte 1.000 Kubikmeter Luft pro Stunde.  Es verwendete eine Wasserpumpe als Bremse und hatte einen Wirkungsgrad von 79\u201383%.[2][16]  Die meisten Turboexpander, die seitdem industriell eingesetzt werden, basieren auf dem Design von Kapitsa, und zentrifugale Turboexpander haben fast 100% der Anforderungen an die Industriegasverfl\u00fcssigung und den Niedertemperaturprozess \u00fcbernommen.[2][16]  Die Verf\u00fcgbarkeit von fl\u00fcssigem Sauerstoff revolutionierte die Stahlproduktion nach dem grundlegenden Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffstahl.1978 erhielt Pjotr \u200b\u200bKapitsa f\u00fcr seine Arbeiten auf dem Gebiet der Niedertemperaturphysik einen Nobelpreis f\u00fcr Physik.[17]1983 war San Diego Gas and Electric eines der ersten Unternehmen, das einen Turboexpander in einer Erdgas-Entspannungsstation zur Energier\u00fcckgewinnung installierte.[18]Turboexpander k\u00f6nnen nach Ladevorrichtung oder Lagern klassifiziert werden.Drei Hauptladevorrichtungen, die in Turboexpandern verwendet werden, sind Radialkompressoren, elektrische Generatoren oder hydraulische Bremsen.  Bei Radialkompressoren und elektrischen Generatoren wird die Wellenleistung des Turboexpanders entweder zur erneuten Komprimierung des Prozessgases oder zur Erzeugung elektrischer Energie zur\u00fcckgewonnen, wodurch die Stromkosten gesenkt werden.Hydraulische Bremsen werden verwendet, wenn der Turboexpander sehr klein ist und die Ernte der Wellenleistung wirtschaftlich nicht vertretbar ist.Die verwendeten Lager sind entweder \u00d6llager oder Magnetlager.Man sollte auch die neue Quasiturbine-Technologie beachten [19]Dies ist ein Rotationsturbinentyp mit Verdr\u00e4ngung.Siehe auch[edit]Verweise[edit]^ Heinz Bloch und Claire Soares (2001). Turboexpander und Prozessanwendungen.  Gulf Professional Publishing.  ISBN 0-88415-509-9.^ ein b c d e Frank G. Kerry (2007). Industriegashandbuch: Gastrennung und -reinigung.  CRC Dr\u00fccken Sie.  ISBN 0-8493-9005-2.^ Thomas Flynn (2004). Kryotechnik (Zweite Ausgabe).  CRC Dr\u00fccken Sie.  ISBN 0-8247-5367-4.^ Demethanzer.^ Ver\u00f6ffentlichung von BOC (NZ): Verwenden Sie die Suchfunktion f\u00fcr das Schl\u00fcsselwort “Erweiterung”.^ Wasserstoffprogramm des US-Energieministeriums.^ Gasprozesse 2002, Kohlenwasserstoffverarbeitung, Seiten 83\u201384, Mai 2002 (schematische Flussdiagramme und Beschreibungen der NGL-Pro- und NGL-R\u00fcckgewinnungsprozesse).^ Prozessflussdiagramm NW Hutton 1987^ ORC-Technologie f\u00fcr Abw\u00e4rmeanwendungen^ Das integrierte Rankine-Zyklus-Projekt.^ Der Rankine Cycle Turbogenerator in Altheim, \u00d6sterreich.^ ein b K\u00e4ltetechnik mit Expansionsturbine, Europ\u00e4isches Patent EP 0 676 600 B1, 6. September 2000, Joost J. Brasz, Carrier Corporation EP 0 676 600 B1 (Diese Website erfordert eine Registrierung).^ Alex C. Hoffnab und Lewis E. Stein (2002). Gaszyklone und Wirbelrohre: Prinzipien, Design und Betrieb (1. Aufl.).  Springer.  ISBN 3-540-43326-0.^ ein b c Reza Sadeghbeigi (2000). Handbuch zum katalytischen Cracken von Fl\u00fcssigkeiten (2. Aufl.).  Gulf Publishing.  ISBN 0-88415-289-8.^ Turbine zur Niedertemperatur-GastrennungUS-Patent 2,165,994, Juli 1939 (Fortsetzung einer Anmeldung im M\u00e4rz 1934), Guido Zerkowitz, Linde AG US-Patent US2165994 (Diese Website erfordert eine Registrierung).^ ein b c Ebbe Almqvist (2002). Geschichte der Industriegase (Erste Ausgabe).  Springer.  p.  165. ISBN 0-306-47277-5.^ Pjotr \u200b\u200bKapitsa, Nobelpreis f\u00fcr Physik 1978.^ Turboexpander: Das verborgene Potenzial unseres Erdgasverteilungssystems nutzen.^ Quasiturbine Expander: Nutzung mechanischer Energie aus Druckgas- und Dampfsystemen.Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki22\/2020\/12\/31\/turboexpander-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Turboexpander – Wikipedia"}}]}]